Udnyttelse af solen til at bringe frisk vand til fjerntliggende eller katastroferamte samfund

En enhed, der tager en ny tilgang til at fjerne salt fra vand, er blevet udviklet i Bath, baner vejen for små, solcelledrevne afsaltningsenheder

Forskere ved University of Bath har udviklet en revolutionær afsaltningsproces, der har potentiale til at blive betjent på mobil, solcelledrevne enheder.

Processen er lav pris, lav energi og lav vedligeholdelse, og har potentialet til at give sikkert vand til samfund i fjerntliggende og katastroferamte områder, hvor der er mangel på ferskvand.

Udviklet af universitetets vandinnovations- og forskningscenter i samarbejde med Indonesiens Bogor Agricultural University og University of Johannesburg, prototypen afsaltningsenhed er et 3-D-printet system med to indvendige kamre designet til at udvinde og/eller akkumulere salt. Når strøm tilføres, saltkationer (positivt ladede ioner) og saltanioner (negativt ladede ioner) strømmer mellem kamre gennem arrays af mikrohuller i en tynd syntetisk membran. Strømmen kan kun ske i én retning takket være en mekanisme, der har paralleller i mobiltelefonteknologi. Som et resultat af dette envejsflow, salt pumpes ud af havvandet. Dette står i kontrast til den klassiske afsaltningsproces, hvor vand frem for salt pumpes gennem en membran.

Afsaltning, som forvandler havvand til ferskvand, er blevet en essentiel proces til at levere drikke- og kunstvandingsvand, hvor der er knaphed på ferskvand. Traditionelt, det har været en energikrævende proces udført i store industrianlæg.

Professor Frank Marken fra Institut for Kemi sagde:"Der er tidspunkter, hvor det ville være enormt fordelagtigt at installere små, solcelledrevne afsaltningsenheder til at betjene et lille antal husstande. Store industrielle vandanlæg er afgørende for at leve i det 21. århundrede, men de hjælper ikke, når du bor et fjerntliggende sted, hvor der er knaphed på drikkevand, eller hvor der er en kystkatastrofe, der udsletter ferskvandsforsyningen."

Bath afsaltningssystemet er baseret på 'ionics, "hvor en kationisk diode (en negativt ladet, semipermeabel membran besat med mikroskopiske porer) er kombineret med en anionisk modstand (en enhed, der kun tillader strømmen af ​​negative ioner, når der er strøm).

"Dette svarer til en helt ny proces til at fjerne salt fra vand, " sagde prof Marken. "Vi er de første mennesker, der har brugt bittesmå mikron-størrelse dioder i en afsaltningsprototype."

Han tilføjede:"Dette er et lavenergisystem uden bevægelige dele. Andre systemer bruger enorme tryk til at skubbe vandet gennem nanoporer, men vi fjerner kun saltene. Mest spændende, de eksterne pumper og kontakter kan erstattes af mikroskopiske processer inde i membranen - lidt ligesom biologiske membraner fungerer."

En anden fordel ved Bath-afsaltningsenheden er, at den også giver mulighed for den modsatte proces - op-koncentrationen af ​​salt - og derved minimere spild. Det separerede salt kan krystalliseres og derefter bruges, potentielt som kosttilskud eller tømiddel. De fleste andre afsaltningsprocesser pumper salt i form af saltlage tilbage i havet, foruroligende det marine økosystem.

Alt går godt, Prof Marken mener, at hans afdeling kan udrulle en fungerende mobil afsaltningsenhed inden for fem år. Først, imidlertid, teamet skal finde mere robuste materialer samt samarbejdspartnere for at hjælpe med at forfine opfindelsen og skalere den op. proof-of-concept prototypen er i øjeblikket i stand til at fjerne 50% af saltet fra en saltvandsprøve, men for at gøre havvand drikkeligt, saltindholdet skal reduceres med 90%.

Budi Riza Putra, den kemi-ph.d. studerende, der ledede projektet, sagde:"Vi skal finde nye og bedre porøse materialer, der er i stand til at pumpe ioner. Membrantykkelse, poreantal og porediameter skal alle optimeres. Vi håber at finde materialeeksperter, der kan hjælpe os med dette."

I deres søgen efter at finde nye membraner, forskerne har rettet deres opmærksomhed mod biologiske materialer. Sammen med Dr. Katarzyna Szot-Karpińska og hendes gruppe ved det polske videnskabsakademi i Warszawa, de mener, at de er de første forskere, der med succes har brugt bakteriofager (vira, der inficerer og replikerer i bakterier) til at skabe en film, der er i stand til at adskille salt fra vand.

"Vores bakteriofag (kaldet M13) ligner spaghetti, men er en million gange mindre, " forklarer hr. Riza Putra. "Hvis vi gør forholdene lidt sure, nano-spaghetti-trådene klæber sammen, skabe en tynd film med små huller. Da vi testede dette materiale som en membran til afsaltning, vi fandt ud af, at det virkede - det begyndte at fungere som en diode, pumper kun ioner i én retning."

Han tilføjede:"Før os, ingen tænkte på at bruge vira som membraner til afsaltning af vand."

Imidlertid, mens M13 viser potentiale som en membranpumpe til vandafsaltning, det er ikke perfekt. "Substratet desintegrerer, når saltkoncentrationerne stiger og ved neutral pH, " forklarer prof Marken. "Så, enten finder vi en måde at forbedre semipermeabiliteten af ​​bakteriofagmaterialet på, eller også må vi finde andre, mere robuste ioniske diodemembranalternativer."